סוגים שונים של חיישנים ועבודתם

עידן האוטומציה החל כבר. רוב הדברים שאנו משתמשים כעת יכולים להיות אוטומטיים. כדי לתכנן מכשירים אוטומטיים ראשית עלינו לדעת על החיישנים, אלו המודולים / התקנים המסייעים בביצוע דברים ללא התערבות אנושית. אפילו במכשירים הניידים או בסמארטפונים בהם אנו משתמשים מדי יום יהיו חיישנים כמו חיישן אולם, חיישן קירבה, מד תאוצה, מסך מגע, מיקרופון וכו '. חיישן זה משמש כעיניים, אוזניים, אף של כל ציוד חשמלי שמרגיש את הפרמטרים בעולם החיצוני ונותן קריאות למכשירים או למיקרו-בקר.

מהו חיישן?

ניתן להגדיר את החיישן כמכשיר שניתן להשתמש בו כדי לחוש / לזהות את הכמות הפיזית כמו כוח, לחץ, לחץ, אור וכו 'ואז להמיר אותו לפלט הרצוי כמו האות החשמלי למדידת הכמות הפיזית המיושמת . במקרים מעטים, חיישן לבדו לא יכול להספיק לניתוח האות המתקבל. במקרים אלה, נעשה שימוש ביחידת מיזוג אותות על מנת לשמור על רמות מתח המוצא של החיישן בטווח הרצוי ביחס למכשיר הקצה בו אנו משתמשים.

בשנת יחידת מיזוג אות, את הפלט של החיישן עלול להיות מוגבר, מסוננים או שונה למתח התפוקה הרצויה. לדוגמא, אם ניקח בחשבון מיקרופון הוא מזהה את אות השמע וממיר למתח היציאה (הוא במונחים של מילי-וולט) שהופך להיות קשה לנהוג במעגל פלט. לכן, יחידת מיזוג אותות (מגבר) משמשת להגברת חוזק האות. אך יתכן שלא יהיה צורך במיזוג האות לכל החיישנים כמו פוטודיודה, LDR וכו '.

מרבית החיישנים אינם יכולים לעבוד באופן עצמאי. לכן, יש להחיל עליו מתח כניסה מספיק. לחיישנים שונים יש טווחי פעולה שונים שיש לקחת בחשבון בזמן העבודה איתו אחרת החיישן עלול להיפגע לצמיתות.

סוגי חיישנים:

הבה נראה את סוגי החיישנים השונים הקיימים בשוק ונדון בפונקציונליות שלהם , בעבודה, ביישומים וכו '. נדון בחיישנים שונים כמו:

• חיישן אור
  • חיישן IR (משדר IR / נורית IR)
  • פוטודיודה (מקלט IR)
  • נגד תלוי אור
• חיישן טמפרטורה
  • תרמיסטור
  • צמד תרמי
• חיישן לחץ / כוח / משקל
  • מד מתח (חיישן לחץ)
  • תאי עומס (חיישן משקל)
• חיישן מיקום
  • פוטנציומטר
  • קוֹדַאִי
• חיישן אולם (זיהוי שדה מגנטי)
• חיישן להגמיש
• חיישן סאונד
  • מִיקרוֹפוֹן
• חיישן קולי
• גע בחיישן
• חיישן PIR
• חיישן הטיה
  • מד תאוצה
• חיישן גז

עלינו לבחור את החיישן הרצוי על סמך הפרויקט או היישום שלנו. כפי שנאמר קודם לכן על מנת לגרום להם לעבוד יש להשתמש במתח נכון על פי המפרט שלהם.

עכשיו בואו נראה את עקרון העבודה של החיישנים השונים והיכן ניתן לראות אותו בחיי היום יום שלנו או ביישום שלו.

נורת LED:

זה נקרא גם משדר IR. הוא משמש לפליטת קרני אינפרא אדום. טווח התדרים הללו גדול מתדרי המיקרוגל (כלומר> 300 GHz עד כמה מאות THz). ניתן לחוש בקרניים הנוצרות על ידי נורית אינפרא אדום על ידי פוטודיודה המוסברת להלן. צמד ה- IR LED והפוטודיודה נקראים IR Sensor. כך עובד חיישן IR.

דיודת צילום (חיישן אור):

זהו מכשיר מוליך למחצה המשמש לזיהוי קרני האור ומשמש בעיקר כמקלט IR . בנייתו דומה לדיודת צומת PN הרגילה אך עקרון העבודה שונה ממנה. כידוע צומת PN מאפשרת זרמי דליפה קטנים כאשר היא מוטה לאחור כך, מאפיין זה משמש לזיהוי קרני האור. פוטודיודה בנויה כך שקרני אור צריכות ליפול על צומת ה- PN מה שגורם לזרם הדליפה לעלות בהתבסס על עוצמת האור שהפעלנו. לכן, בדרך זו ניתן להשתמש בפוטודיודה לחישה של קרני האור ולשמירה על הזרם דרך המעגל. בדוק כאן את העבודה של פוטודיודה עם חיישן IR.

באמצעות פוטודיודה אנו יכולים לבנות מנורת רחוב אוטומטית בסיסית אשר זוהרת כאשר עוצמת אור השמש פוחתת. אך הפוטודיודה עובדת גם אם כמות קטנה של אור נופלת עליה ולכן יש לנקוט בזהירות.

LDR (נגד תלוי אור):

כפי שהשם עצמו מציין כי הנגד שתלוי בעוצמת האור. זה עובד על העיקרון של מוליכות פוטו שמשמעותו הולכה עקב האור. זה מורכב בדרך כלל מקדמיום גופרתי. כאשר האור נופל על ה- LDR, ההתנגדות שלו פוחתת ופועלת בדומה למוליך וכאשר לא נופל עליו אור, ההתנגדות שלו כמעט נמצאת בטווח ה- MΩ או באופן אידיאלי הוא פועל כמעגל פתוח . הערה אחת צריכה להיחשב עם LDR היא שהיא לא תגיב אם האור לא ממוקד בדיוק על פניו.

עם מעגל תקין המשתמש בטרנזיסטור ניתן להשתמש בו כדי לזהות את זמינות האור. טרנזיסטור מוטה של ​​מחלק מתח עם R2 (נגד בין בסיס לפולט) שהוחלף ב- LDR יכול לעבוד כגלאי אור. בדוק כאן את המעגלים השונים המבוססים על LDR.

תרמיסטור (חיישן טמפרטורה):

ניתן להשתמש בתרמיסטור לאיתור השונות בטמפרטורה . יש לו מקדם טמפרטורה שלילי שמשמעותו כאשר הטמפרטורה עולה ההתנגדות פוחתת. לכן, ניתן לשנות את עמידותו של התרמיסטור עם עליית הטמפרטורה הגורמת לזרם זרם רב יותר דרכו. ניתן להשתמש בשינוי זה בזרימה הנוכחית לקביעת כמות השינוי בטמפרטורה. יישום לתרמיסטור הוא, הוא משמש לאיתור עליית הטמפרטורה ולבקרת זרם הדליפה במעגל טרנזיסטור המסייע בשמירה על יציבותו. הנה יישום פשוט אחד עבור תרמיסטור לשלוט במאוורר DC באופן אוטומטי.

צמד תרמי (חיישן טמפרטורה):

רכיב נוסף שיכול לזהות את השונות בטמפרטורה הוא צמד תרמי. בבנייתו, שתי מתכות שונות מחוברות יחד ליצירת צומת. העיקרון העיקרי שלה הוא כאשר צומת שתי מתכות שונות מחוממות או נחשף לטמפרטורות גבוהות פוטנציאל על פני המסופים שלהן משתנה. לכן, ניתן להשתמש עוד יותר בפוטנציאל המשתנה למדידת כמות השינוי בטמפרטורה.

מד מתח (חיישן לחץ / כוח):

מד זנים משמש לזיהוי לחץ בעת העמסת עומס . זה עובד על עיקרון ההתנגדות, אנו יודעים שההתנגדות היא פרופורציונלית ישירות לאורך החוט והיא פרופורציונאלית הפוכה לשטח החתך שלו (R = ρl / a). ניתן להשתמש כאן באותו עיקרון למדידת העומס. על לוח גמיש, חוט מסודר באופן זיג-זג כפי שמוצג באיור למטה. לכן, כאשר הלחץ מופעל על הלוח המסוים הזה, הוא מתכופף בכיוון הגורם לשינוי באורך הכללי ובשטח החתך של החוט. זה מוביל לשינוי התנגדות החוט. ההתנגדות המתקבלת לפיכך היא דקה מאוד (מעט אוהם) שניתן לקבוע בעזרת גשר ויטסטון. מד המתח ממוקם באחת מארבע הזרועות בגשר עם הערכים הנותרים ללא שינוי. לָכֵן,כאשר הלחץ מופעל עליו כאשר ההתנגדות משתנה הזרם העובר דרך הגשר משתנה וניתן לחשב לחץ.

מודדי המתח משמשים בעיקר לחישוב כמות הלחץ שאגף מטוס יכול לעמוד בו והוא משמש גם למדידת מספר הרכבים המותרים בכביש מסוים וכו '.

תא עומס (חיישן משקל):

תאי עומס דומים למדי מתח אשר מודדים את הכמות הפיזית כמו כוח ומעניקים את הפלט בצורה של אותות חשמליים. כאשר מוחל מתח כלשהו על תא העומס הוא משתנה וגורם לשינוי בהתנגדות ולבסוף, ניתן לכייל את ערכו באמצעות גשר וויטסטון. להלן הפרויקט כיצד למדוד משקל באמצעות תא תא.

פוטנציומטר:

פוטנציומטר משמש לאיתור המיקום . בדרך כלל יש לו טווחי נגדים שונים המחוברים לקטבים שונים של המתג. פוטנציומטר יכול להיות מסוג סיבובי או ליניארי. בסוג סיבובי, מגב מחובר לפיר ארוך הניתן לסיבוב. כאשר הסיבוב מסתובב מיקום המגב משתנה כך שהתנגדות כתוצאה משתנה וגורמת לשינוי במתח המוצא. כך ניתן לכייל את הפלט כדי לזהות את שינוי מיקומו.

קוֹדַאִי:

כדי לזהות את השינוי במיקום ניתן להשתמש גם בקודן. יש לו מבנה מעגלי דמוי דיסק מסתובב עם פתחים ספציפיים בין כך שכאשר קרני ה- IR או קרני האור עוברות דרכו מתגלים רק כמה קרני אור. יתר על כן, קרניים אלה מקודדות לנתונים דיגיטליים (במונחים בינאריים) המייצגים את המיקום הספציפי.

חיישן הול:

השם עצמו קובע כי החיישן הוא שעובד על אפקט הול. ניתן להגדיר את זה כששדה מגנטי מתקרב למוליך הנושא הנוכחי (בניצב לכיוון השדה החשמלי) ואז פותח הפרש פוטנציאלי על פני המוליך הנתון. באמצעות מאפיין זה נעשה שימוש בחיישן הול לזיהוי השדה המגנטי ונותן פלט מבחינת המתח. יש להקפיד שחיישן ההול יוכל לזהות רק מוט אחד של המגנט.

חיישן האולם משמש בכמה סמארטפונים שמועילים בכיבוי המסך כאשר מכסה הדש (שיש בו מגנט) סגור על המסך. הנה יישום מעשי אחד של חיישן אפקט הול ב- Alarm Alarm Door.

חיישן להגמיש:

חיישן FLEX הוא מתמר שמשנה את התנגדותו כאשר משתנה צורתו או כאשר הוא כפוף . חיישן FLEX באורך 2.2 אינץ 'או באורך האצבעות. זה מוצג באיור. במילים פשוטות ההתנגדות של מסוף החיישן עולה כאשר היא כפופה. שינוי בהתנגדות זה לא יכול להועיל אלא אם כן נוכל לקרוא אותם. הבקר בהישג יד יכול לקרוא רק את שינויי המתח ולא פחות מכך, לשם כך נשתמש במעגל מחלקי מתח, ובכך נוכל להפיק את שינוי ההתנגדות כשינוי מתח. למד כאן כיצד להשתמש ב- Flex Sensor.

מיקרופון (חיישן סאונד):

ניתן לראות מיקרופון בכל הסמארטפונים או הניידים. זה יכול לזהות את אות השמע ולהמיר אותם לאותות חשמליים במתח קטן (mV). מיקרופון יכול להיות מסוגים רבים כמו מיקרופון מעבה, מיקרופון קריסטל, מיקרופון פחמן וכו '. כל סוג של מיקרופון עובד על מאפיינים כמו קיבול, אפקט פיזואלקטרי, התנגדות בהתאמה. בואו נראה את הפעולה של מיקרופון קריסטל שעובד על האפקט הפיזואלקטרי. נעשה שימוש בגביש בימורף אשר בלחץ או ברטט מייצר מתח לסירוגין פרופורציונלי. דיאפרגמה מחוברת לקריסטל דרך סיכת כונן כך שכאשר אות הקול פוגע בסרעפת היא נעה הלוך ושוב,תנועה זו משנה את המיקום של סיכת הכונן הגורמת לרטט בגביש ובכך נוצר מתח מתחלף ביחס לאות הצליל המופעל. המתח המתקבל מוזן למגבר על מנת להגביר את עוצמת האות הכללית. להלן מעגלים שונים המבוססים על מיקרופון.

אתה יכול גם להמיר את ערך המיקרופון בדציבלים באמצעות מיקרו-בקר כלשהו כמו Arduino.

חיישן קולי:

קולי אינו אומר אלא טווח התדרים. הטווח שלו גדול יותר מהטווח הנשמע (> 20 קילוהרץ), כך שאפילו הוא מופעל איננו יכולים לחוש באותות הקול הללו. רק רמקולים ומקלטים ספציפיים יכולים לחוש בגלי קולי אלה. חיישן קולי זה משמש לחישוב המרחק בין המשדר הקולי למטרה ומשמש גם למדידת מהירות המטרה .

ניתן להשתמש בחיישן קולי HC-SR04 למדידת מרחק בטווח של 2 ס"מ -400 ס"מ עם דיוק של 3 מ"מ. בואו נראה איך עובד המודול הזה. מודול HCSR04 מייצר רטט קול בטווח קולי כאשר אנו הופכים את סיכת 'הדק' לגבוהה במשך כ -10US אשר תשלח פרץ קולי של 8 מחזורים במהירות הצליל ולאחר פגיעה באובייקט, הוא יתקבל על ידי סיכת ההד. בהתאם לזמן שלוקח רטט הקול לחזור, הוא מספק את פלט הדופק המתאים. אנו יכולים לחשב את מרחק האובייקט על פי הזמן שלוקח הגל הקולי לחזור לחיישן. למידע נוסף על חיישן קולי כאן.

ישנם יישומים רבים עם החיישן הקולי. אנו יכולים להשתמש בה כדי להימנע ממכשולים עבור המכוניות האוטומטיות, רובוטים נעים וכו '. אותו עיקרון ישמש ב- RADAR לאיתור טילי הפולשים והמטוסים. יתוש יכול לחוש את הצלילים הקולי. אז, גלי קולי יכולים לשמש כדוחה יתושים.

גע בחיישן:

בדור זה אנו יכולים לומר שכמעט כולם משתמשים בסמארטפונים עם מסך רחב שגם מסך שיכול לחוש במגע שלנו. אז בואו נראה איך עובד מסך המגע הזה. בעיקרון, ישנם שני סוגים של חיישני מגע מבוססי התנגדות ומסכי מגע מבוססי קיבולי . בואו לדעת על עבודה של חיישנים אלה בקצרה.

מסך מגע resistive יש סדין resistive בבסיס גיליון מוליך תחת המסך הן של אלה מופרדים על ידי מרווח אוויר עם מתח קטן להחיל את הסדינים. כאשר אנו לוחצים או נוגעים במסך הגיליון המוליך נוגע בגיליון ההתנגדות באותה נקודה וגורם לזרימת זרם בנקודה מסוימת זו, התוכנה חשה את המיקום ומתבצעת פעולה רלוונטית.

ואילו מגע קיבולי עובד על המטען האלקטרוסטטי שיש בגופנו. המסך כבר טעון עם כל השדה החשמלי. כשאנחנו נוגעים במסך נוצר מעגל קרוב בגלל מטען אלקטרוסטטי שזורם בגופנו. יתר על כן, תוכנה מחליטה על המיקום והפעולה שיבוצע. אנו יכולים לראות כי מסך מגע קיבולי לא יעבוד כאשר נלבש כפפות יד מכיוון שלא תהיה הולכה בין האצבע / ים למסך.

חיישן PIR:

חיישן PIR מייצג חיישן אינפרא אדום פסיבי. אלה משמשים לזיהוי תנועה של בני אדם, בעלי חיים או דברים. אנו יודעים שלקרני אינפרא אדום יש תכונה של השתקפות. כאשר קרן אינפרא אדום פוגעת באובייקט, בהתאם לטמפרטורת היעד תכונות הקרן האינפרא אדום משתנות, האות המתקבל קובע את תנועת האובייקטים או היצורים החיים. גם אם צורת האובייקט משתנה, המאפיינים של קרני האינפרא אדום המשתקפות יכולים להבדיל את האובייקטים בצורה מדויקת. הנה חיישן העבודה המלא או ה- PIR.

תאוצה (חיישן הטיה):

חיישן מד תאוצה יכול לחוש את הטיה או תנועה של אותו לכיוון מסוים . זה עובד על בסיס כוח התאוצה שנגרם עקב כוח המשיכה של כדור הארץ. החלקים הפנימיים הזעירים בו רגישים עד כדי כך שאלה יגיבו לשינוי חיצוני קטן במיקום. יש לו גביש פיזואלקטרי כאשר מוטה גורם להפרעה בגביש ומייצר פוטנציאל הקובע את המיקום המדויק ביחס לציר X, Y ו- Z.

אלה נראים בדרך כלל בניידים ובמחשבים ניידים על מנת למנוע שבירת לידים של מעבדים. כאשר המכשיר נופל מד התאוצה מזהה את מצב הנפילה ועושה פעולה בהתאמה על סמך התוכנה. להלן מספר פרויקטים המשתמשים באקסלרומטר.

חיישן גז:

ביישומים תעשייתיים חיישני גז ממלאים תפקיד מרכזי בזיהוי דליפת הגז. אם לא מותקן מכשיר כזה באזורים כאלה זה מוביל בסופו של דבר לאסון לא יאומן. חיישני גז אלה מסווגים לסוגים שונים בהתבסס על סוג הגז שיש לאתר. בואו נראה איך החיישן הזה עובד. מתחת לסדין מתכת קיים אלמנט חישה המחובר למסופים בהם מוחל עליו זרם. כאשר חלקיקי הגז פוגעים באלמנט החישה, הוא מוביל לתגובה כימית כך שהתנגדות האלמנטים משתנה והזרם דרכו גם משתנה אשר יכול לבסוף לזהות את הגז.

אז סוף סוף, אנו יכולים להסיק כי חיישנים משמשים לא רק כדי להפוך את העבודה שלנו לפשוטה למדידת הכמויות הפיזיות, מה שהופך את המכשירים לאוטומטיים אלא גם משמשים לסייע ליצורים חיים עם אסונות.